Estequiometría ecológica
La estequiometría ecológica (más ampliamente conocida como estequiometría biológica) considera cómo el equilibrio de energía y elementos influye en los sistemas vivos. De manera similar a la estequiometría química, la estequiometría ecológica se basa en limitaciones del equilibrio de masa que se aplican a los organismos y sus interacciones en los ecosistemas. En concreto, cómo afecta el equilibrio de energía y elementos y cómo se ve afectado este equilibrio por los organismos y sus interacciones. Los conceptos de estequiometría ecológica tienen una larga historia en ecología con referencias tempranas a las limitaciones del equilibrio de masa hechas por Liebig, Lotka y Redfield. Estos conceptos anteriores se han ampliado para vincular explícitamente la fisiología elemental de los organismos con sus interacciones en la red alimentaria y la función del ecosistema.
La mayor parte del trabajo en estequiometría ecológica se centra en la interfaz entre un organismo y sus recursos. Esta interfaz, ya sea entre plantas y sus recursos nutritivos o entre grandes herbívoros y pastos, a menudo se caracteriza por diferencias dramáticas en la composición elemental de cada parte. La diferencia, o desajuste, entre las demandas elementales de los organismos y la composición elemental de los recursos conduce a un desequilibrio elemental. Consideremos las termitas, que tienen una proporción de carbono:nitrógeno (C:N) en sus tejidos de aproximadamente 5, pero consumen madera con una proporción de C:N de 300 a 1000. La estequiometría ecológica pregunta principalmente:
- ¿Por qué surgen desequilibrios elementales en la naturaleza?
- ¿Cómo es la fisiología del consumidor y la historia de la vida afectada por los desequilibrios elementales? y
- ¿Cuáles son los efectos posteriores en los procesos de los ecosistemas?
Los desequilibrios elementales surgen por una serie de razones fisiológicas y evolutivas relacionadas con las diferencias en la composición biológica de los organismos, como diferencias en los tipos y cantidades de macromoléculas, orgánulos y tejidos. Los organismos difieren en la flexibilidad de su constitución biológica y, por tanto, en el grado en que pueden mantener una composición química constante frente a variaciones en sus recursos. Las variaciones en los recursos pueden estar relacionadas con los tipos de recursos necesarios, su disponibilidad relativa en el tiempo y el espacio y cómo se adquieren. La capacidad de mantener la composición química interna a pesar de los cambios en la composición química y la disponibilidad de recursos se denomina "homeostasis estequiométrica". Al igual que la noción biológica general de homeostasis, la homeostasis elemental se refiere al mantenimiento de la composición elemental dentro de algún rango biológicamente ordenado. Los organismos fotoautótrofos, como las algas y las plantas vasculares, pueden exhibir una gama muy amplia de plasticidad fisiológica en la composición elemental y, por lo tanto, tienen una homeostasis estequiométrica relativamente débil. Por el contrario, otros organismos, como los animales multicelulares, tienen una homeostasis cercana a la estricta y se puede considerar que tienen una composición química distinta. Por ejemplo, las proporciones de carbono a fósforo en la materia orgánica suspendida de los lagos (es decir, algas, bacterias y detritos) pueden variar entre 100 y 1000, mientras que las proporciones C:P de Daphnia, un crustáceo zooplancton, permanecen casi constante en 80:1. Las diferencias generales en la homeostasis estequiométrica entre plantas y animales pueden conducir a desequilibrios elementales grandes y variables entre consumidores y recursos.
La estequiometría ecológica busca descubrir cómo el contenido químico de los organismos da forma a su ecología. La estequiometría ecológica se ha aplicado a estudios de reciclaje de nutrientes, competencia de recursos, crecimiento animal y patrones de limitación de nutrientes en ecosistemas completos. La proporción de Redfield de los océanos del mundo es una aplicación muy famosa de los principios estequiométricos a la ecología. La estequiometría ecológica también considera fenómenos a nivel subcelular, como el contenido de P de un ribosoma, así como fenómenos a nivel de toda la biosfera, como el contenido de oxígeno de la atmósfera terrestre.
Hasta la fecha, el marco de investigación de la estequiometría ecológica ha estimulado la investigación en diversos campos de la biología, la ecología, la bioquímica y la salud humana, incluida la investigación del microbioma humano, la investigación del cáncer, las interacciones de la red alimentaria, la dinámica de poblaciones, los servicios ecosistémicos, la productividad de los cultivos agrícolas y las abejas. nutrición.
Consumer stoichiometry and food webs
El estudio de las proporciones elementales (es decir, C:N:P) dentro de los tejidos de los organismos se puede utilizar para comprender cómo responden los organismos a los cambios en la calidad y cantidad de los recursos. Por ejemplo, en los ecosistemas acuáticos, la contaminación por nitrógeno y fósforo dentro de los arroyos, a menudo debido a actividades agrícolas, puede aumentar la cantidad de N y P disponible para los productores primarios. Esta liberación en la limitación de N y P puede afectar la abundancia, las tasas de crecimiento y la biomasa de los productores primarios dentro del arroyo. Este cambio en la producción primaria puede filtrarse a través de la red alimentaria a través de procesos ascendentes y afectar la estequiometría de los organismos, los elementos limitantes y el ciclo biogeoquímico de los arroyos. Además, los cambios ascendentes en la disponibilidad de elementos pueden influir en la morfología, fenología y fisiología de los organismos que se analizarán a continuación. El foco de este artículo está en los sistemas acuáticos; sin embargo, también se pueden aplicar procesos similares relacionados con la estequiometría ecológica en el entorno terrestre.
Invertebrate stoichiometry
Las demandas de carbono, nitrógeno y fósforo en proporciones específicas por parte de los invertebrados pueden cambiar en diferentes etapas de la vida de los invertebrados. La hipótesis de la tasa de crecimiento (GRH) aborda este fenómeno y afirma que las demandas de fósforo aumentan durante las fases de crecimiento activo para producir ácidos nucleicos ricos en P en la producción de biomasa y se reflejan en el contenido de P del consumidor. Durante las primeras etapas de crecimiento, o estadios anteriores, los invertebrados pueden tener mayores demandas de recursos enriquecidos con N y P para alimentar la producción ribosómica de proteínas y ARN. En etapas posteriores, la demanda de elementos particulares puede cambiar, ya que ya no crecen activamente con tanta rapidez ni generan biomasa rica en proteínas. Las tasas de crecimiento de los organismos invertebrados también pueden verse limitadas por los recursos que tienen a su disposición.
Véase también
- Flujo de energía (ecología)
- Energía homeostasis
Referencias
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